一、实验目的

1、了解示波器的构造和工作原理。

2、利用示波器观察波形，掌握测量电压、周期和频率的方法。

3、掌握观察李萨如图形的方法，并能测量位置信号的频率。 

二、实验仪器

1.信号发生器

1)频率显示窗口：显示输出信号的频率或外测频信号的频率，用五位数字显示信号的频率，且频率连续可调（输出信号时）。

2)幅度显示窗口：显示函数输出信号的幅度，由三位数字显示信号的幅度。

3)输出波形，对称性调节旋钮（SYM）：调节此旋钮可改变输出信号的对称性。当电位器处在关闭或者中心位置时，则输出对称信号。输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号空度比，与此类似，输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波, 正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形，且可移相180°。仿真实验中使用方法：右键单击进行顺时针旋转，左键打击进行逆时针旋转。

4)速率调节旋钮（WIDTH）：调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。在外测频时，逆时针旋转到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。

5)扫描宽度调节旋钮（RATE）：调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。在外测频时，逆时针旋转到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。

6)外部输入插座（INPUT）：当“扫描/计数键”（13）功能选择在外扫描外计数状态时，外扫描控制信号或外测频信号由此输入。

7)TTL信号输出端（TTL OUT）：输出标准的TTL幅度的脉冲信号，输出阻抗为600W。

8)函数信号输出端：输出多种波形受控的函数信号，输出幅度20Vp–p（1MW负载）,10Vp–p (50W负载)。

9)函数信号输出幅度调节旋钮（AMPL）：调节范围20dB。仿真实验中使用方法：右键按下进行顺时针连续旋转，信号幅度增大，左键按下进行逆时针连续旋转，信号幅度减小。

10)函数信号输出信号直流电平预置调节旋钮（OFFSET）：调节范围：–5V～+5V（50W负载），当电位器处在中心位置时，则为0电平，由信号电平设定器选定输出信号所携带的直流电平。

11)函数信号输出幅度衰减开关（ATT）：“20dB”“40dB”键均不按下，输出信号不经衰减，直接输出到插座口。“20dB”“40dB”键分别按下，则可选择20dB或40dB衰减。

12)函数输出波形选择按钮：可选择正弦波、三角波、脉冲波输出。仿真实验中使用方法：左键打击进行波形间进行切换。

13)“扫描/计数”按钮：可选择多种扫描方式和外测频方式。

14)频率范围细调旋钮：调节此旋钮可改变1个频程内的频率范围。仿真实验中使用方法：右键按下进行顺时针连续旋转，信号幅度增大，左键按下进行逆时针连续旋转，信号幅度减小。

15)频率范围选择按钮：调节此旋钮可改变输出频率的1个频程，共有7个频程。仿真实验中使用方法：左键打击进行波形间进行切换。

16)整机电源开关：此按键揿下时，机内电源接通，整机工作。此键释放为关掉整机电源。仿真实验中使用方法：左键打击进行打开和关闭切换。

2.待测信号

输入公共信号，频率和幅度未知的正弦信号。在实验中不可以打开大视图。

3.数字示波器

1)开关按钮：点击开关，打开数字示波器，显示屏亮；再次点击开关，关闭数字示波器，显示屏不亮。

2)Untility按钮：辅助功能按钮；改变现实坐标轴的显示方式。X-Y显示或者Y-T显示。

3)Run/Stop按钮：点击，暂停波形输出；再次点击，继续输出波形。

4)Math按钮：数学功能按钮；显示波形的数学运算。可以对通道1和通道2的信号进行加减。鼠标点击，控制面板显示数学功能面板。通过F1~F5按钮以及Multipurpose按钮进行面板操作。

5)Position（黄色）旋钮：通道1信号的垂直位移调节按钮。鼠标左击，按钮顺时针转动，通道1的图像下移；鼠标右击，按钮逆时针转动，通道1的图像上移。

6) Position（蓝色）旋钮：通道2信号的垂直位移调节按钮。鼠标左击，按钮顺时针转动，通道2的图像下移；鼠标右击，按钮逆时针转动，通道2的图像上移。

7)Menu 1（黄色）按钮：控制通道1信号的显示。鼠标左击，显示通道1的信号；再次左击，不显示通道1的信号。

8)Menu 2（蓝色）按钮：控制通道2信号的显示。鼠标左击，显示通道2的信号；再次左击，不显示通道2的信号。

9)Scale（黄色）旋钮：通道1振幅调节旋钮。鼠标左击，旋钮顺时针转动，振幅档位变小；鼠标右击，旋钮逆时针转动，振幅档位变大。

10)Scale（蓝色）按钮：通道2振幅调节旋钮。鼠标左击，旋钮顺时针转动，振幅档位变小；鼠标右击，旋钮逆时针转动，振幅档位变大。

11)Position旋钮：信号水平位移调节旋钮。鼠标左击，旋钮顺时针转动，图像右移；鼠标右击，旋钮逆时针转动，图像左移。鼠标选中旋钮中间，左击，旋钮按下，图像恢复原来位置。

12)Menu按钮：触发功能按钮；选择触发方式。鼠标点击，显示触发功能界面。

13)Scale旋钮：周期调节按钮，改变信号的周期档位。鼠标左击，旋钮顺时针转动，时间档位变小；鼠标右击，旋钮逆时针转动，时间档位变大。

14)Level旋钮：电平调节按钮。鼠标左击，旋钮顺时针转动；鼠标右击，旋钮逆时针转动。鼠标选中旋钮中间，左击，旋钮按下，恢复初始电平。

15)Multipurpose旋钮：控制面板选择旋钮。配合F1~F5按钮使用，在二级面板通过左击，鼠标右击进行选择。鼠标选中Multipurpose旋钮中心位置，鼠标左击，Multipurpose按钮被按下，确认选择。

16)F1~F5按钮：出现控制面板后，通过F1~F5按钮进行相应的选择。

三、实验原理

1.示波器的基本结构 

示波器由示波管(又称阴极射线管)、放大系统、衰减系统、扫描和同步系统及电源等部分组成。其中示波管是示波器的基本构件，它由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成，被封装在高真空的玻璃管内，电子枪是示波管的核心部分，由阴极、栅极和阳极组成。

数字示波器是一种集数据采集、A/D转换、软件编程等一系列技术制造出来的具有测量、分析、处理、存储的高性能示波器，其原理组成框图如下图所示：

输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器，前端放大器将信号放大，提高示波器的灵敏度以及动态范围。输出放大器的信号由取样/保持电路进行取样，并由A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号编程数字形式存入存储器中，微处理器对存储器中数字化信号进行相应的处理，并显示在显示屏上。

2.用x轴时基测时间参数设待测信号接y轴输入端，则Ty是待测信号的周期，Tx是x轴扫描信号的周期，N是一个扫描周期内所显示的待测信号的波形周期个数。x轴扫描信号的周期，实际上是以时基单位(时间/cm或时间/度)来标示的。在实际测量中，采用 T=时基单位x波形厘米数。 式中的波形厘米数，可以是信号一个周期的读数(可测待测信号的周期)、正脉冲(或负脉冲)的信号宽度的读数或待测信号波形的其他参数。3.用李萨如图形测信号的频率如果将不同的信号分别输入y轴和x轴的输入端，当两个信号的频率满足一定关系时，荧光屏上会显示出李萨如图形。将被测正弦信号加到y偏转板，将参考正弦信号加到x偏转板，当两者的频率之比是整数时，在荧光屏上将出现李萨如图。对稳定不动的图形分别做水平直线和竖直直线与图形相切，设水平线上及竖直线上的切点数之比可得两信号的频率之比。

四、实验内容

1.用X轴的时基测量信号的时间和幅值参数1、测量示波器自带方波输出信号的周期(时基分别为0.1 ms/cm，0.2 ms/cm，0.5ms/cm)：测示波器校准信号周期连接示波器CH1和示波器校准信号。校准信号为周期1KHz,峰峰值为4V的对称方波信号。调节电平旋钮，使信号稳定。调节示波器聚焦旋钮和辉度旋钮使示波器显示屏中的信号清晰。调节CH1幅度调节旋钮和CH1幅度微调旋钮，校准信号显现为峰峰值为4V。调节示波器时间灵敏度旋钮和扫描微调旋钮，校准信号周期显示为1KHz。

2、选择信号发生器的对称方波接y输入(幅度和y轴量程任选)，信号频率为200Hz～2kHz(每隔200Hz测一次)，选择示波器合适的时基，测量对应频率的厘米数、周期和频率。打开信号发生开关，打开信号发生器，信号频率为200Hz～2kHz(每隔200Hz测一次)，调节信号频率，波形选择对称方波，选择示波器合适的时基，调节时间灵敏度旋钮，使信号满屏，测量对应频率的厘米数、周期和频率。同时把示波器中的方式拨动开关调到CH2档上。

3、选择信号发生器的非对称方波接Y轴，频率分别为200，500，1K，2K，5K，10K，20K，（Hz），测量各频率时的周期和方波的宽度。

4、改变信号发生器输出波形为三角波，频率为500Hz、1kHz、1.5kHz，测量各个频率时的上升时间。下降时间和周期。 

2.观察李萨如图形并测量频率

用信号发生器和未知信号源分别接y轴和x轴，信号发生器输出为正弦波，调节信号发生器的频率，示波器中的“x-y”按钮按下，方式调节到CH1（或CH2），触发源选择CH2（或CH1）,观察李萨如图像。 

五、数据处理1.用X轴的时基测量信号的时间参数计算公式：

(1)测量示波器自备方波输出信号的周期（时基分别为0.1ms/cm,0.2ms/cm,0.5ms/cm）： 

序号

1

2

3

时基ms/cm

0.1

0.2

0.5

格数

10

5

2

方波信号/Hz

1000

1000

1000

(2)选择对称方波接Y输入，测量对应频率，作 信号频率~测量频率 曲线： 

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

信号发生器频率/Hz

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

1400.0

1600.0

1800.0

2000.0

时基ms/cm

1

0.5

0.2

0.2

0.2

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

厘米数

5

5

8.4

6.3

5

8.4

7.2

6.3

5.5

5

周期/ms

5

2.5

1.68

1.26

1

0.84

0.72

0.63

0.55

0.5

频率/Hz

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

1400.0

1600.0

1800.0

2000.0

根据相关的参数，获得图型信息

(3)选择方波接Y轴，测量各频率的周期、正波宽度： 

序号

1

2

3

4

5

6

信号发生器频率/Hz

200.0

500.0

1000.0

2000.0

10000.0

20000.0

时基ms/cm

1

0.5

0.2

0.1

1

0.01

厘米数

5

4

5

5

5

5

信号周期/ms

5

2

1

0.5

5

0.1

正波宽度/ms

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

★ 2. 观察李萨如图形并测量频率计算公式：

【1】若Fx/Fy=1,令Fx= 500Hz     则 Fy=500

【2】若Fx/Fy=2,令Fx=1000Hz   则Fy=500

【3】若Fx/Fy=1/2,令Fx= 500Hz   则Fy=1000

六、思考题

1.用示波器测频率几种方法，各有什么有何有优缺点？

周期法：

优点：周期法适用于任何频率的信号，并且过程比较简单。

缺点：误差较大，因为示波器显示的是波形,只能读出波的周期,通常是毫秒级甚至更小的数量级的,而频率是周期的倒数,这样读出的周期有一点误差计算出频率的误差就会被放大。

李萨如图形法：

优点：可以直观的观察出波形。测量相对准确。

缺点：操作比较费时，同时，它只是适合测量频率较低的信号。

九、实验总结       

本次实验利用示波器测量了示波器自带方波输出信号的周期，并且用时基为0.1ms/cm测出的数据更准确，因为此时基下只显示了一个周期，在屏幕一定的情况下相当于放大了周期长度，缩小了误差，置信度较大。

减小误差注意事项：（1）在读取数据时一定要认真，尽量减小因人为因素导致的误差并且防止造成读数误差。

（2）观察李萨如图形时，使李萨如图形尽可能稳定后，再测量y轴和x轴的切点数。

心得体会：此次实验是更加接近于一种体验性的实验，通过这次试验，我熟悉了示波器的使用方法，并且体会到了示波器中所表现的将一些不可见的动态量转化为另一种量直观的表现出来的方法。

十、 原始数据：